CN106184833A - 一种水平多自由度气浮随动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水平多自由度气浮随动装置，属于试验设备领域，包括运动件、气浮底托和运动装置，运动件设在气浮底托的正上方且二者相对设置，气浮底托上表面的面积大于运动件下表面的面积，运动件上设有位置传感器，位置传感器与控制中心连接，运动装置设在气浮底托的下方并驱动气浮底托运动；运动装置包括可驱动气浮底托沿水平方向上互相垂直的两个轴移动，运动装置包括可驱动气浮底托沿气浮底托的竖直中心线旋转，运动装置与控制中心连接。本发明可模拟失重状态下，零件的运动情况，大大提升了航天航空用零件检测的可靠性。

Description

一种水平多自由度气浮随动装置

技术领域

本发明属于试验设备领域，涉及气浮结构的试验设备，尤其涉及一种水平多自由度气浮随动装置。

背景技术

随着航天航空技术的发展，人类登上太空已成为现实，在太空领域，设备和机械均处于失重状态，与有地球引力的环境有很大的差异，但是航天航空设备输送成本和运转成本很高，对成功率有严格的控制，要求成功率为百分之百，所以航天航空设备用零件除了正常的强度和硬度以及配合关系的检测外，还需在失重模拟状态下进行试验和测试，以保证后续在太空领域实际运转的稳定性和可靠性，目前也有一些失重模拟的试验设备，但是结构比较复杂，而且多是一维模拟，与实际的失重模拟或微重力模拟还是有一定的差异，不能实现全方位的失重模拟，且模拟的空间有一定的限制。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种可实现多维度的随动式气浮装置。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种水平多自由度气浮随动装置，包括运动件、气浮底托和运动装置，所述运动件设在所述气浮底托的正上方且二者相对设置，所述气浮底托上表面的面积大于所述运动件下表面的面积，所述运动件上设有位置传感器，所述位置传感器与控制中心连接，所述运动装置设在所述气浮底托的下方并驱动所述气浮底托运动，所述气浮底托与所述运动件保持随动；

所述运动装置包括可驱动所述气浮底托沿水平方向上互相垂直的两个轴移动，所述运动装置包括可驱动所述气浮底托沿所述所述气浮底托的竖直中心线旋转，所述运动装置与控制中心连接。

进一步的，所述运动装置为车载机构。

进一步的，所述运动装置包括固定台，所述固定台设在所述气浮底托的下方且二者固定连接，所述运动装置还包括直线电机、底座、丝母、丝杠，所述直线电机通过丝母、丝杠结构驱动所述固定台沿平面内的一个轴移动，所述直线电机固定在所述底座上，所述底座设在所述固定台的两侧，所述底座下方设有大底板，所述大底板与所述底座通过轨道滑动连接，所述轨道与所述丝杠垂直设置，所述底座由气缸驱动，所述气缸设在所述大底板上，所述大底板的下端居中设有支架且二者转动连接，所述大底板的下端面设有大齿轮、小齿轮和转动电机，所述转动电机固定在支架上，所述大齿轮与所述大底板固定连接，所述转动电机驱动与所述大齿轮配合的小齿轮转动。

进一步的，所述气浮底托的外圈设有闭环式围挡，所述围挡的高度高于所述运动件的下端面高度，所述围挡的内侧设有缓冲垫。

进一步的，所述位置传感器包括直线位移传感器和角位移传感器。

进一步的，所述运动件的下端面或所述运动装置的上单面均与设有多个喷气孔。

进一步的，所述多个喷气孔圆周均与且从内到外成多圈设置，外圈的喷气孔直径大于内圈的喷气孔直径。

进一步的，所述运动件由外接动力件驱动。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：本发明设置在失重试验室内，运动件在动力的动力驱动下可任意运动，通过位置传感器的监控，气浮底托随运动件在运动装置驱动下一起运动，运动装置可实现一个平面内两个互相垂直轴线的移动和任意角度的转动，满足多维运动需求，进而实现任意方向的随动，为模拟失重状态或者微重力状态下，运动件的任意运动提供了充足的条件，检测效果更接近航天航空运行状态下的环境，试验监测结构更加稳定可靠，取代了原本的价格昂贵的大理石气浮平台，简化了结构，更加适用于空间大型仿真模拟。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明一种水平多自由度气浮随动装置俯视的结构示意图；

图2是本发明一种水平多自由度气浮随动装置仰视的结构示意图；

图3是本发明运动件的仰视图。

附图标记说明：

1-运动件；2-气浮底托；3-运动装置；；31-固定台；32-直线电机；33-底座；34-丝母；35-丝杠；36-线轨；37-气缸；38-大底板；381-支架；382-大齿轮；383-小齿轮；384-转动电机；4-外接动力件；5-围挡；6-缓冲垫；7-位置传感器；8-喷气孔。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。

如图1和图2所示，本发明为一种水平多自由度气浮随动装置，包括运动件1、气浮底托2和运动装置3，运动件1设在气浮底托2的正上方且二者相对设置，气浮底托2上表面的面积大于运动件1下表面的面积，运动件1上设有位置传感器7，位置传感器7与控制中心连接，运动装置3设在气浮底托2的下方并驱动气浮底托2运动，气浮底托2与运动件1保持随动；气浮底托2可以随动，就可以采用比运动件1下端面稍微大点的气浮底托即可，如果不采用随动装置，要设置面积足够大的气浮平台，对平面的水平度要求特别高，目前多采用大理石气浮平台，但是足够大面积的大理石需要进行拼接，拼接过程中需要设置高度调节装置，保证整个上表面的水平度，加工精度要求高，成本相对特别高，高大企业无法承受的程度，所以气浮测试装置的应用受到一定的限制，气浮底托2随动后可大大减少平台面积的设置，进而大大降低了成本；更优选地，气浮底托2水平设置，运动装置3包括可驱动气浮底托2沿水平方向上互相垂直的两个轴移动，运动装置3包括可驱动气浮底托2沿气浮底托2的竖直中心线旋转，运动装置3与控制中心连接，运动件1在驱动件的作用下任意运动，位置传感器7对运动件1的位置变化进行监测并及时将信号反馈到控制中心，进而控制运动装置3实现运动，更优选地，位置传感器7包括直线位移传感器和角位移传感器，可同时反馈直线偏差信号和角度偏差信号，精确高更高，检测结果更可靠；更优选地，气浮底托2和运动件1相互独立设置。

优选地，运动装置3为车载机构，结构简单，设置方便，成本低。

优选地，运动装置3包括固定台31，固定台31设在气浮底托2的下方且二者固定连接，运动装置3还包括直线电机32、底座33、丝母34、丝杠35，直线电机32通过丝母34、丝杠35结构驱动固定台31沿平面内的一个轴移动，直线电机32固定在底座33上，底座33设在固定台31的两侧，底座33下方设有大底板38，大底板38与底座33通过轨道36滑动连接，轨道36与丝杠35垂直设置，底座33由气缸37驱动，气缸37设在大底板38上，大底板38的下端居中设有支架381且二者转动连接，大底板38的下端面设有大齿轮382、小齿轮383和转动电机384，转动电机384固定在支架381上，大齿轮382与大底板38固定连接，转动电机384驱动与大齿轮382配合的小齿轮383转动，此结构多采用市购品，采购方便，成本低，而且采购周期短，结构简单，稳定可靠。

优选地，气浮底托2的外圈设有闭环式围挡5，围挡5的高度高于运动件1的下端面高度，围挡5的内侧设有缓冲垫6，保证运动件1的自由运动空间，同时防止被碰伤，围挡5与运动装置3固定连接，可随气浮底托2一起运动，保证被防护的范围。

优选地，如图3所示，运动件1的下端面或运动装置3的上单面均与设有多个喷气孔8；更优选地，多个喷气孔8圆周均与且从内到外成多圈设置，外圈的喷气孔8直径大于内圈的喷气孔8的直径，模拟不均匀受力状态下的运动变化，相当于运动件1本身带有动力源，简化了驱动装置，也可以设置外接动力进行驱动。

优选地，运动件1由外接动力件4驱动，外接动力件4与气浮底托2相互独立设置，驱动方式多样化，满足不同运动的试验需求，外接动力件4在竖直方向对运动件1不产生作用力，只在水平方向对运动件1进行驱动，保证了运动件1在竖直方向在处理失重或者微重力状态下。

在实际的使用过程中，运动件1可在外接动力件4作用下进行任意方向的运动，也可通过运动件1下端设置的喷气孔8向下喷气实现运动件1的驱动，或者通过气浮底托2上端面的喷气孔8向上喷气实现运动件1的运动，无论采用哪种方式驱动，运动件1的运动方向是不固定的，在运动的过程，位置传感器7对运动件1的直线位移和角度变化同时进行监测并及时将信号反馈到控制中心，然后控制中心驱动运动装置3带动气浮底托2进行运动，运动装置3可通过直线电机32通过丝母34和丝杠35的传动驱动气浮底座实现平面内一个轴的运动，然后通过气缸37驱动底座33实现平面内互相垂直的两个轴的运动，大底板38由转动电机384驱动小齿轮383和大齿轮382实现旋转，进而实现气浮底托2任意角度的旋转，为防止运动件运动范围过大，设置围挡5，并在围挡5的内圈设置缓冲垫6，可保证运动件1的设定的失重范围内运动，而且可能起到模拟障碍物的作用，整个结构简单，可同时实现平面内互相垂直的两轴运动和角度旋转，满足了运动件1在模拟失重下不定向运动的需求。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种水平多自由度气浮随动装置，其特征在于：包括运动件(1)、气浮底托(2)和运动装置(3)，所述运动件(1)设在所述气浮底托(2)的正上方且二者相对设置，所述气浮底托(2)上表面的面积大于所述运动件(1)下表面的面积，所述运动件(1)上设有位置传感器(7)，所述位置传感器(7)与控制中心连接，所述运动装置(3)设在所述气浮底托(2)的下方并驱动所述气浮底托(2)运动，所述气浮底托(2)与所述运动件(1)保持随动；

所述运动装置(3)包括可驱动所述气浮底托(2)沿水平方向上互相垂直的两个轴移动，所述运动装置(3)包括可驱动所述气浮底托(2)沿所述所述气浮底托(2)的竖直中心线旋转，所述运动装置(3)与控制中心连接。

2.根据权利要求1所述的一种水平多自由度气浮随动装置，其特征在于：所述运动装置(3)为车载机构。

3.根据权利要求1所述的一种水平多自由度气浮随动装置，其特征在于：所述运动装置(3)包括固定台(31)，所述固定台(31)设在所述气浮底托(2)的下方且二者固定连接，所述运动装置(3)还包括直线电机(32)、底座(33)、丝母(34)、丝杠(35)，所述直线电机(32)通过丝母(34)、丝杠(35)结构驱动所述固定台(31)沿平面内的一个轴移动，所述直线电机(32)固定在所述底座(33)上，所述底座(33)设在所述固定台(31)的两侧，所述底座(33)下方设有大底板(38)，所述大底板(38)与所述底座(33)通过轨道(36)滑动连接，所述轨道(36)与所述丝杠(35)垂直设置，所述底座(33)由气缸(37)驱动，所述气缸(37)设在所述大底板(38)上，所述大底板(38)的下端居中设有支架(381)且二者转动连接，所述大底板(38)的下端面设有大齿轮(382)、小齿轮(383)和转动电机(384)，所述转动电机(384)固定在支架(381)上，所述大齿轮(382)与所述大底板(38)固定连接，所述转动电机(384)驱动与所述大齿轮(382)配合的小齿轮(383)转动。

4.根据权利要求1～3任一项所述的一种水平多自由度气浮随动装置，其特征在于：所述气浮底托(2)的外圈设有闭环式围挡(5)，所述围挡(5)的高度高于所述运动件(1)的下端面高度，所述围挡(5)的内侧设有缓冲垫(6)。

5.根据权利要求1所述的一种水平多自由度气浮随动装置，其特征在于：所述位置传感器(7)包括直线位移传感器和角位移传感器。

6.根据权利要求1所述的一种水平多自由度气浮随动装置，其特征在于：所述运动件(1)的下端面或所述运动装置(3)的上单面均与设有多个喷气孔(8)。

7.根据权利要求6所述的一种水平多自由度气浮随动装置，其特征在于：所述多个喷气孔(8)圆周均与且从内到外成多圈设置，外圈的喷气孔(8)直径大于内圈的喷气孔(8)直径。

8.根据权利要求1所述的一种水平多自由度气浮随动装置，其特征在于：所述运动件(1)由外接动力件(4)驱动。